Свет — мое призвание

Было известно, что многие красители, помещенные в вязкие среды, например в желатиновые пленки или замороженные растворы, обнаруживают длительное послесвечение, тогда как в незамороженных растворах их свечение успевает полностью затухнуть в миллиардные доли секунды. Долгое время в науке господствовала точка зрения немецкого физика Эгона Альфреда Иозефа Видемана, согласно которой переход от кратковременного послесвечения (флуоресценции) к длительному послесвечению (фосфоресценции) вызван изменением вязкости растворителя и происходит постепенно, по мере ее возрастания.

Для проверки этих представлений Вавилов и Левшин построили два оригинальных прибора-фосфороскопа, предназначенных для измерения длительности послесвечения малой продолжительности. Один из них представлял остроумную модификацию известного однодискового фосфороскопа французского физика Беккереля. Он позволял измерять длительность послесвечения в широком временном диапазоне — от 10e-2 до 4*10e-5 секунды. Еще интереснее был второй импульсный электрический фосфороскоп с вращающимся зеркалом, предназначенный для измерения более кратковременных процессов, протекающих во временном диапазоне от 10e-4 до 10e-6 секунды. Этот прибор демонстрировал значительный шаг вперед в технике фосфороскопических наблюдений.

Возбуждение свечения осуществлялось конденсированным электрическим разрядом трех параллельно включенных конденсаторов (лейденских банок). Разряд продолжался не более 10e-6 секунды. Свечение развертывалось во времени с помощью вращающегося зеркала, скорость вращения которого не превышала 25 оборотов в секунду. Измерение интенсивности свечения развертки в разных участках велось фотографическим путем.

С помощью своих фосфороскопов Вавилов и Левшин исследовали послесвечение ряда красителей в таких вязких средах, как касторовое масло, густой сахарный сироп, желатиновое желе, раствор целлулоида в ацетоне. Они доказали, что предполагаемого Видеманом постепенного перехода от кратковременного послесвечения к длительному не существует. Каждый из этих процессов развивается независимо, а фосфоресценция возникает лишь в твердых телах или в очень вязких жидкостях.

В дальнейшем было показано, что возникновение длительного послесвечения обусловлено тем, что исследуемые молекулы, находящиеся в жестких средах, переходят в особые возбужденные, так называемые метастабильные состояния, причем непосредственное возвращение возбужденных молекул в невозбужденное состояние является запрещенным процессом. Пребывание возбужденных молекул на метастабильных уровнях сильно увеличивает длительность послесвечения.

Исследователи обнаружили, что многие красители дают яркое длительное послесвечение в сахарных леденцах (сахарных фосфорах). С этой поры сахарные среды начали широко применять при изучении процессов фосфоресценции у сложных органических молекул.

Исследование С. И. Вавилова и В. Л. Левшина заложило основы нового направления в оптике — спектроскопии триплетного (метастабильного) состояния молекул. Оно привлекло внимание многих отечественных и зарубежных ученых.

Вскоре после завершения описанного исследования Сергей Иванович поехал в научную командировку в Германию. В течение полугода он работал в Берлинском университете в лаборатории профессора Петера Прингсгейма. Еще в Москве Вавилов продумал план дальнейшего изучения процессов длительного послесвечения у сложных органических молекул. Он в полной мере воспользовался экспериментальными возможностями лаборатории Прингсгейма, которая была оснащена значительно лучше, чем его лаборатория.

Свою работу Сергей Иванович осуществил совершенно самостоятельно, однако, пользуясь оборудованием Прингсгейма и обсуждая с ним некоторые вопросы, он счел своим долгом сделать немецкого ученого своим соавтором. В1926 году появилась статья С. И. Вавилова и П. Прингсгейма «Поляризованная и неполяризованная фосфоресценция твердых растворов красителей». Она посвящена послесвечению сахарных фосфоров многих красителей. Речь идет о двух видах длительного послесвечения. Одно — поляризованное, его спектр полностью совпадает со спектром кратковременного свечения — флуоресценции, другое — неполяризованное, со спектром фосфоресценции, смещенным в сторону длинных волн по отношению к спектру флуоресценции, а следовательно, и по отношению к спектру первого послесвечения.

Данные, изложенные в статье, позволили польскому физику Александру Яблоньскому в 1935 году построить схему, качественно объяснявшую происхождение процессов длительного послесвечения у органических молекул в жестких средах. В свою очередь, результаты Яблоньского стали основанием для создания в сороковые годы Александром Николаевичем Терениным и американским физиком Гилбертом Ньютоном Льюисом независимо друг от друга полной схемы этих процессов. Эта схема легла в основу современных представлений о природе длительных процессов свечения в молекулярных системах.